ИСТИНА

Изучение формирования и эволюции галактик и их центральных черных дыр остаются одними из важнейших направлений исследований в современной наблюдательной астрофизике. Несмотря на активное развитие концепции международной Виртуальной Обсерватории в течение последних двух десятилетий, потенциал существующих астрономических архивов и баз данных для совершения открытий использован далеко не полностью. Наш текущий проект направлен на поиск в астрономических архивах и базах данных и последующее исследование представителей двух редких классов астрономических объектов, понимание природы которых критически важно для построения картины эволюции галактик: компактных галактик ранних типов и черных дыр средних масс (от 1000 до 100000 масс Солнца). Наша научная группа является мировым лидером в наблюдательных исследованиях обоих классов объектов: в 2009-2018 годах нами были найдены более 70% из примерно 230 известных на сегодняшний день компактных эллиптических галактик (в том числе 11 из 13 изолированных галактик) и 5 из 10 подтвержденных кандидатов в черные дыры средних масс -- все это было сделано с использованием продвинутых методов работы с большими данными, примененным к крупным астрономическим каталогам и базам данных. Нами был создан каталог спектральных распределений энергии 800 тысяч галактик RCSED, который и стал основным элементом в процессе поиска и исследования объектов этих редких классов. В данном проекте мы предлагаем создать вторую версию этого каталога, которую мы будем использовать для решения поставленных нами астрофизических задач. Также она станет важным элементом подготовки к анализу рентгеновских данных из космической миссии СпектрРГ/eROSITA, начало которой планируется в 2019 году, поскольку каталог RCSED v2 станет максимально полным каталогом внегалактических объектов, покрывающем практически всю российскую зону интереса обзора eRosita (восточное Галактическое полушарие) с однородным анализом фотометрических и спектральных данных. Расширение каталога RCSED планируется в нескольких направлениях: (а) расширение выборки галактик с 800 тысяч до 2.5 миллионов путем анализа спектров, полученных в обзорах 6dFGRS, SDSS-BOSS, SDSS-eBOSS, 2dFGRS; (б) использование данных обзора UHS-J, покрывающего все северное полушарие в ближнем ИК и обзоров WISE и Spitzer/IRAC для продления распределений энергии в спектрах в инфракрасный диапазон до длины волны 8 мкм; (в) применение полного спектрофотометрического анализа данных NBursts+phot для восстановления детальных историй звездообразования для 2.5 миллионов галактик; (г) автоматическая декомпозиция профилей разрешенных эмиссионных линий у всех галактик, проявляющих активность ядер с целью определения масс черных дыр; (д) дополнение каталога RCSED рентгеновскими данными из каталогов Chandra и XMM-Newton (а также более старыми данными из каталога ROSAT); (е) оценка масс скоплений галактик, в которые входит более 70-80 спектрально подтвержденных членов, методом каустик. Мы ожидаем, что по результатам работы мы утроим выборку известных черных дыр средних масс, что позволит отобрать подходящие кандидаты на определение масс черных дыр методом реверберации в оптике (с использованием крупных наземных телескопов) и ультрафиолете (с использование телескопа Хаббла). Расширение выборки компактных эллиптических галактик в 6-7 раз, в особенности изолированных галактик, без ограничений на параметры звездных населений позволит исключить или подтвердить альтернативные сценарии их формирования (например, быстрое обогащение металлами в процессе звездообразования, индуцированного лобовым давлением, что является “свежим” сценарием эволюции галактик, обсуждаемым теоретиками без наблюдательных подтверждений). Возможное обнаружение компактных эллиптических галактик с активными ядрами позволит определить вириальные массы их центральных черных дыр, что даст однозначный ответ на вопрос о массе их прародителей.

The study of the formation and evolution of galaxies and their central black holes remains one of the most important areas of research in modern observational astrophysics. Despite the active development of the international Virtual Observatory concept over the past two decades, the potential of existing astronomical archives and databases for discovery is far from being fully utilized. Our current project aims to search for two rare classes of astronomical objects in astronomical archives and databases: compact early-type galaxies and medium-sized black holes (from 1000 to 100000 solar masses) and the subsequent study of representatives. Understanding their nature is crucial for building a picture of the evolution of galaxies. Our research team is the world leader in observational studies of both classes of objects: in 2009-2018, we found more than 70% of the approximately 230 known compact elliptical galaxies (including 11 out of 13 isolated galaxies) and 5 out of 10 confirmed candidates intermediate mass black holes - all this was done using advanced big data methods applied to large astronomical catalogs and databases. We created a catalog of the spectral energy distributions of 800k RCSED galaxies, which has become the main element in the process of searching and researching objects of these rare classes. In this project, we propose to assemble the second version of this catalog, which we will use to solve the astrophysical tasks we set. It will also become an important element of preparation for the analysis of X-ray data from the SpectrRG / eROSITA space mission, which is scheduled to begin in 2019, since the RCSED v2 catalog will be the most comprehensive catalog of extragalactic objects covering almost the entire Russian area of ​​interest of the eRosita (Eastern Galactic Hemisphere) survey with a uniform analysis of photometric and spectral data. The expansion of the RCSED catalog is planned in several directions: (a) the expansion of the sample of galaxies from 800 thousand to 2.5 million by analyzing the spectra obtained in the 6dFGRS, SDSS-BOSS, SDSS-eBOSS, 2dFGRS surveys; (b) using UHS-J survey data covering the entire northern hemisphere in the near-IR and WISE and Spitzer / IRAC surveys to extend the energy distribution in the spectra in the infrared range to a wavelength of 8 μm; (c) using the full NBursts + phot spectrophotometric analysis of data to reconstruct detailed star formation histories for 2.5 million galaxies; (d) automatic decomposition of the profiles of allowed emission lines in all galaxies that show activity of nuclei in order to determine the masses of black holes; (e) supplementing the RCSED catalog with X-ray data from the Chandra and XMM-Newton catalogs (as well as older data from the ROSAT catalog); (e) Estimation of the masses of clusters of galaxies, which include more than 70-80 spectrally confirmed members, using the caustic method. We expect that, based on the results, we will triple the sample of known black holes of intermediate masses, which will allow us to select suitable candidates for determining the masses of black holes using the reverberation method in optics (using large ground-based telescopes) and ultraviolet (using the Hubble telescope). Expanding the sample of compact elliptical galaxies in three times, especially isolated galaxies, without restrictions on the parameters of stellar populations, will exclude or confirm alternative scenarios for their formation (for example, rapid enrichment with metals in the process of star formation induced by ram pressure, which is a “fresh” scenario of evolution of galaxies discussed theorists without observational evidence). The possible detection of compact elliptical galaxies with active nuclei will make it possible to determine the virial masses of their central black holes, which will give an unequivocal answer to the question about the mass of their progenitors.

1. Вторая версия спектрофотометрического каталога RCSED v2, который будет включать результаты анализа многоволновой широкополосной фотометрии и спектров 2.5 миллионов галактик на красных смещениях до z=0.5: свойства звездных населений, истории звездообразования, дисперсии скоростей звезд, потоки в основных оптических эмиссионных линиях, темпы звездообразования для галактик с текущим звездообразованием, массы центральных черных дыр для сейфертовских (активных) галактик первого типа. 2. Первая статистически значимая выборка черных дыр средних масс в галактических ядрах, подтвержденных по рентгеновскому излучению аккреционных дисков с использованием архивных данных (по нашим оценкам до 30 штук), детальные оценки параметров окружения хозяйских галактик для всех кандидатов в черные дыры средних масс (по нашим оценкам до 100000 штук), свойства их звездных населений и статус текущего звездообразования. 3. Первая крупная выборка изолированных компактных эллиптических галактик без ограничений по свойствам звездных населений: обнаружение хотя бы одной компактной эллиптической галактики типа post-starburst (с недавно закончившейся вспышкой звездообразования) потребует расширить общепринятую концепцию происхождения компактных эллиптических галактик методом приливного обдирания более крупных галактик-прародителей в сторону альтернативных моделей, таких как слияния со специфическими конфигурациями орбит или индуцированное звездообразование при компрессии газа лобовым давлением в группах и скоплениях. 4. Первый крупный каталог масс скоплений галактик, полученных методом каустик, который имеет существенно более низкие систематические ошибки, чем вириальные оценки масс, что позволит уточнить калибровочные соотношения для оценок масс скоплений галактик по рентгеновскому излучению горячего газа.

Руководитель проекта является экспертом в исследованиях карликовых галактик и компактных звездных систем, а также научного использования средств и технологий Виртуальной Обсерватории. В 2009-м с помощью средств Виртуальной Обсерватории из огромного объема архивных данных была выделена выборка уникальных компактных эллиптических галактик, считавшихся до того момента уникальными объектами во Вселенной. Эта работа была опубликована в престижном междисциплинарном рецензируемом журнале Science (Chilingarian et al. 2009) и стала одной из всего нескольких статей в Science, опубликованных в пост-советский период, где ведущий автор исследования работал в российском научном учреждении. Вторая статья в Science, написанная участниками данного проекта и посвященная компактным эллиптическим галактикам также исследованным исключительно с использованием архивных данных, вышла в 2015 году (Chilingarian & Zolotukhin 2015) и стала первой статьей в этом журнале в области физики и астрономии, где все авторы работают в России. Все методы, которые предлагаются к использованию в данном проекте, уже реализованы либо в виде прототипов, либо в виде окончательных решений. Методика NBursts, разработанная в середине 2000х годов, на текущий момент использована в более чем сотне научных работ. Ее расширение NBursts+phot, реализованное в виде прототипа, находит все новые и новые приложения. Алгоритмы поиска компактных эллиптических галактик были разработаны и реализованы в виде автоматической системы анализа данных (workflow) в процессе работы над проектом, результаты которого были опубликованы в Science в 2015 году. Для текущего проекта они нуждаются в минимальном обновлении/изменении. Алгоритмы поиска черных дыр средних масс были успешно применены для пилотного проекта, результаты которого (10 подтвержденных IMBH и 305 кандидатов) были опубликованы в 2018 году в Astrophysical Journal.